湖南大学工程热力学试题及答案.doc

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____年___月___日
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课程名称： 工程热力学A ；课程编码： 试卷编号： B ；考试时间：120分钟
题 号
一
二
三
四
五
六
七
八
九
十
总分
应得分
15
10
20
15
40

100
实得分

评卷人

一、名词解释题（每题3分，共15分）
1. 简朴可压缩系统：与环境的功互换只有体积变化功的可压缩系统。

2. 平衡状态：一个热力系统在不受环境影响（重力场除外）的条件下，假如其状态参数不随时间变化，同时热力系统内外建立了热和力的平衡，则该热力系统处在热和力的平衡状态。
3. 稳定流动：若流动过程中开口系统内部及其边界上各点工质的热力参数及运动参数都不随时间而发生变化。

4. 熵增原理：孤立系统（定质量系）的熵通常总是增大的，极限情况时不变，永不也许减小。

5. 比热容：
单位质量工质吸热使之温度升高（或减少）1K所需的热量。

二、判断题（下列各题，你认为对的的，请在题干的括号内打“√”，错的打“×”，每题1分，共10分）
1. 抱负气体任意两个状态参数拟定之后，气体的状态就拟定了。…………（ × ）
2. 抱负气体只有取定值比热容时，才干满足迈耶公式。……（ × ）
3. 不可逆过程不能T-s图上表达，所以也不能计算过程的熵变量。………… （ × ）
4. 卡诺循环的热效率一定大于其它循环的热效率。………………………（ × ）
5. 稳定流动能量方程合用于所用工质的稳定流动情况，不管过程是否可逆，有无耗散效应。……………………（ √ ）
6. 自发过程都是不可逆过程，非自发过程都是可逆过程。…………………（ × ）
7. 活塞式压气机应采用隔热措施，使压缩过程接近绝热过程。……………（ × ）
8. 经不可逆循环，系统与环境无法完全恢复原态。…………………………（ × ）9. 熵产大于0的过程必为不可逆过程。………………………………………（ √ ）
10. 实际气体绝热自由膨胀之后，其热力学能不变。…………………………（ √ ）
三、选择题（每小题2分，共20分）
1. 抱负气体可逆吸热过程，下列哪个参数一定增长：（ B ）。
A.热力学能； B.熵； C.压力； D.温度
2. 合用于 （ B）
A抱负气体可逆过程 B一切气体可逆过程
C抱负气体一切过程 D抱负气体准静态过程
3. 下面参数中，量纲不相同的有（ B ）
A. 比热容 B. 比焓 C. 质量气体常数 D. 比熵
4. 若空气进行可逆定压加热过程，则：（ C ）。
A.空气作功量大于其热力学能增量； B.空气作功量等于其热力学能增量；
C.空气作功量小于其热力学能增量； D.无法拟定
5. 下列三种状态的空气，哪种状态的熵最大？（ A ）。
A. 100ºC，20bar； B. 200ºC，10bar； C. 100ºC，10bar； D. 150ºC，15bar
6. 某制冷机在热源=300K及冷源=250K之间工作，其输入功W为25kJ，从冷源吸热量Q,2为110kJ，此制冷机是（ C ）。
A.可逆的； B.不可逆的； C.不也许的； D.可逆或不可逆的
7.工质不可逆稳态稳流经某控制容积，则此控制容积内，则：（ B ）。
A.储能不变，熵增大 B.储能不变，熵不变
C.储能增大，熵增大 D.储能增大，熵不变
8. 抱负气体进行了一个降温，升压的多变过程，则多变指数n满足：( B )
A. n>k； B.n<k； C.n=k D不能拟定

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9. 系统通过不可逆循环过程后，其熵变 ( B )
A.大于0； B.等于0； C.小于0； D.不定
10. 在密闭门窗的房间内，有一台启动的冰箱，将冰箱门打开，经一段时间运营，则室内温度将（ B ）
A.减少； B.升高； C.不变； D.不定
四、简答题（共15分）
1. 某抱负气体经历了下述循环：某抱负气体经历了下述循环：（I）等容吸热，压强从P1升高到P2；（II）可逆绝热膨胀，压强从P2又回到P1；（III）等压压缩，体积又回到循环的初始值，分别在p-v图及T-s图上画出这个循环。（5分）
答：

2. 热力学第一定律和第二定律的实质分别是什么？写出各自的数学表达式。（5分）
答：热力学第一定律实质上就是能量守恒与转换定律，即热力过程中参与转换和传递的能量在数量上是守恒的。其表达式为dEiso=0。对于常用的闭口系和稳定流动开口系其表达式为q=Δu+w和q=Δh+1/2Δcf2+gΔz+ws=Δh+wt。
热力学第二定律实质上揭示了热力过程的方向、条件和限度，揭示了能量品质的高低。只有同时满足热力学第一定律和第二定律的过程才干实现。其表达式为dSiso≥0、或。

3. 压气机高压缩比时为什么采用多级压缩中间冷却方式？（画p-v图说明）
答：采用多级压缩、中间冷却，有如下一些好处：
1）可减少排气温度 2）可减少压气机耗功量 3）对于活塞式压气机可提高压气机的容积效率
五、计算题（共40分）
1. 设气缸中1kg空气（可作抱负气体解决）经历一可逆多变过程从初态t1=27℃、p1=0.1Mpa压缩到终态p2=1MPa，其多变指数n=1.3。设空气的比热容为定值。求过程的膨胀功、技术功、热量和内能变化量、熵变、焓变。在p-v图上画出该过程，并表达出膨胀功、技术功。（该气体的气体常数Rg=0.287kJ/(kg·K)、绝热指数k=1.4)（10分）
解：

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2. 一个储气罐从压缩空气总管充气，总管内压缩空气参数恒定，压力为1000kPa，温度为27℃。充气开始时，储气罐内为真空，求充气终了时罐内空气的温度。设充气过程是在绝热条件下进行的。（10分）
解：根据开口系统的能量方程，有：
δQ=d(m·u)+(hout+c2fout+gzout)δmout-(hin+c2fin+gzin) δmin +δWs
由于储气罐充气过程为绝热过程，没有气体和功的输出，且宏观能差值和重力位能差值，则δQ=0，δmout=0，(c2fin+gzin)δmin=0，δWs=0，δmin=dm，故有：
d(m·u)=hin·dm
经积分可得：m·u= hin·mu= hinT2= hin /cv= cp Tin /cv=1.4×300=420K
3. 一活塞气缸装置中的气体经历了2个过程。从状态1到状态2，气体吸热500kJ，活塞对外做功800kJ。从状态2到状态3是一个定压的压缩过程，压力为p=400kPa，气体向外散热450kJ。并且已知U1=2023kJ，U3=3500kJ，试计算2-3过程中气体体积的变化。（10分）
解：W23=p2(V3-V2) 求出W23，则可求出V3-V2
对于过程1-2， ΔU12=U2-U1=Q12-W12
所以U2 =Q12-W12+U1=500-800+2023=1700kJ
对于过程2-3，有
W23= Q23-ΔU23= Q23-（U3- U2）=-450-（3500-1700）=-2250kJ
所以 ΔV23=V3-V2= W23/ p2=-2250kJ/400kPa= -5.625 m3

QA
A
W
QB
QC
C
B
4. 已知A、B、C 3个恒温热源的温度分别为500K，400K和300K，有可逆机在这3个热源间工作。若可逆机从A热源净吸入3000kJ热量，输出净功400kJ，试求可逆机与B、C两热源的换热量，并指明其方向。（10分）
解：

代入数据：

解得：